湖南省灌區(qū)灌排溝渠生態(tài)化技術(shù)構(gòu)建方案探討

陳宏德 陳子年 秦伯玄 梁衛(wèi)平

（湖南省水利工程管理局 長(zhǎng)沙市 410007）

灌排溝渠是指從水源取水，為農(nóng)田進(jìn)行調(diào)配水和排除田間多余水分等目的而人工修建的工程系統(tǒng)，通常分為干、支、斗、農(nóng)4級(jí)固定溝渠。近年來(lái)，為了提高灌區(qū)灌排工程的輸配水效率和灌排能力，湖南省灌排溝渠改造方案主要采取全斷面混凝土防滲襯砌的形式，基本上沒(méi)有考慮灌排溝渠工程對(duì)區(qū)域的生態(tài)環(huán)境影響，致使灌區(qū)生態(tài)環(huán)境條件惡化、生物生存條件失去、渠系水體自凈能力下降等問(wèn)題日益凸顯。如在烈日下，成群的小蝌蚪在斷面光滑的混凝土渠道里面死亡。針對(duì)這些問(wèn)題，下面就如何改善溝渠生態(tài)環(huán)境條件這一角度，淺顯探討一下湖南省灌區(qū)溝渠生態(tài)化技術(shù)構(gòu)建方案。

1 灌區(qū)灌排溝渠工程現(xiàn)狀

湖南省已建成設(shè)計(jì)灌溉面積1萬(wàn)畝以上的大中型灌區(qū)692處，設(shè)計(jì)灌溉總面積3078萬(wàn)畝，占全省耕地總面積的54.2%，有效灌溉總面積2232.6萬(wàn)畝，為設(shè)計(jì)灌溉總面積的72.5%，是湖南省糧食產(chǎn)量的主要來(lái)源。

灌排溝渠建設(shè)現(xiàn)狀以湖南省20處大型灌區(qū)為例，具體數(shù)據(jù)見附表。

附表 湖南省大型灌區(qū)骨干灌排溝渠現(xiàn)狀表 km

從灌區(qū)建成到現(xiàn)在，湖南省大型灌區(qū)灌排溝渠型式只有兩種：一種是常見的土質(zhì)溝渠，另一種是混凝土（漿砌石）溝渠。土質(zhì)溝渠存在的主要問(wèn)題是渠墻、渠底耐沖刷能力差，不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生水土流失和雜草叢生，這兩種情況的發(fā)生都是對(duì)水體的再次污染；另一種是混凝土（漿砌石）硬質(zhì)化溝渠，其結(jié)構(gòu)穩(wěn)定、耐沖刷能力強(qiáng)，水流速度快，存在的主要問(wèn)題一是缺少水生植物和微生物，不能吸持、降解、緩沖水源污染物；二是淡化了溝渠、濕地的資源功能和生態(tài)功能，破壞了溝渠區(qū)域內(nèi)的生態(tài)鏈，導(dǎo)致生態(tài)環(huán)境惡化。特別是普遍采用硬質(zhì)化襯砌措施進(jìn)行襯底和護(hù)坡后，基本上割裂了區(qū)域內(nèi)土壤與水體的關(guān)系，使水系與土地及其生物環(huán)境相分離，有些生態(tài)功能隨之消失。自凈能力也逐漸失去，水污染的程度進(jìn)一步加??；三是近年來(lái)，溝渠形態(tài)的順直化、均一化的建設(shè)趨勢(shì)，同樣對(duì)生物多樣性造成影響也極為不利。

2 灌排溝渠生態(tài)化技術(shù)構(gòu)建模式設(shè)想

目前，我國(guó)有關(guān)生態(tài)灌區(qū)的基本理論和技術(shù)研究都還在一個(gè)起步階段，作為灌區(qū)生態(tài)系統(tǒng)的一個(gè)重要組成環(huán)節(jié)，認(rèn)真研究灌排溝渠生態(tài)化技術(shù)構(gòu)建模式，是湖南省建設(shè)現(xiàn)代化生態(tài)灌區(qū)的必然要求。

韶山灌區(qū)作為湖南省供水功能最齊全的灌區(qū)，以其為例進(jìn)行灌排溝渠生態(tài)化技術(shù)構(gòu)建模式探討最具代表性和技術(shù)推廣性。韶山灌區(qū)位于湘中丘陵地帶，是一個(gè)以農(nóng)業(yè)灌溉、防洪排澇為主，兼具發(fā)電、工礦及城鎮(zhèn)供水等綜合利用功能的湖南省最大的自流引水灌溉工程，通過(guò)洋潭水庫(kù)攔截湘江支流漣水取水，灌溉湘潭、長(zhǎng)沙、婁底3市的雙峰、湘鄉(xiāng)、韶山、湘潭、寧鄉(xiāng)、望城等6縣市和雨湖區(qū)，灌區(qū)范圍總土地面積2 500 km2，設(shè)計(jì)灌溉面積100萬(wàn)畝，實(shí)際灌溉面積86.4萬(wàn)畝?，F(xiàn)有干渠5條長(zhǎng)186 km；支渠401條長(zhǎng)1186km；斗渠及以下渠系長(zhǎng)8730km。

韶山灌區(qū)灌排溝渠生態(tài)系統(tǒng)的主要構(gòu)成要素有：灌排溝渠工程系統(tǒng)、農(nóng)田、水庫(kù)（魚塘、小河壩）等設(shè)施、水生物、溝渠接壤林陸地林草系統(tǒng)。通過(guò)合理配置水資源，灌排溝渠通過(guò)與河湖、水庫(kù)、山塘、農(nóng)田、沼澤以及濕地相銜接組成了一個(gè)水網(wǎng)絡(luò)生態(tài)環(huán)境，給水生物提供了首要生存、生長(zhǎng)條件，部分水中生物有吸收與轉(zhuǎn)化水中有害物質(zhì)的作用，在一定程度上凈化了水體，同時(shí)，由于灌區(qū)灌排溝渠線長(zhǎng)面廣的這一特征，導(dǎo)致其所構(gòu)成的水體網(wǎng)絡(luò)也出現(xiàn)了多樣化，因此，一方面可以縱深與沿線區(qū)域內(nèi)地下水相互滲透，為其區(qū)域內(nèi)動(dòng)、植物的生存、生長(zhǎng)提供所需水分，區(qū)域內(nèi)的植物因具備涵養(yǎng)水源、調(diào)節(jié)凈化氣候和土壤保持等功能，又可改善其外部環(huán)境；另一方面是其水體網(wǎng)絡(luò)的多樣化為水生物物種的多樣化創(chuàng)造了條件，這些水生物的存在使得溝渠可自身進(jìn)行吸持、降解、緩沖農(nóng)業(yè)氮、磷以及其他生產(chǎn)、生活所造成的面源、非點(diǎn)源污染。通過(guò)分析這些要素的相互關(guān)系與作用，并結(jié)合灌區(qū)實(shí)際，初步建立起湖南省灌區(qū)灌排溝渠生態(tài)化技術(shù)構(gòu)建模式，即灌排溝渠系統(tǒng)水體生態(tài)服務(wù)模式。具體關(guān)系構(gòu)建模式如圖1所示。

圖1 灌排溝渠系統(tǒng)水體生態(tài)服務(wù)模式

3 灌排溝渠生態(tài)化工程技術(shù)處理方案

灌排溝渠系統(tǒng)水體生態(tài)服務(wù)模式建立起以后，根據(jù)湖南省灌區(qū)實(shí)際情況，支撐、推動(dòng)其發(fā)展的動(dòng)力在現(xiàn)階段則主要依靠灌區(qū)續(xù)建配套與節(jié)水改造項(xiàng)目，即在進(jìn)行灌區(qū)灌排溝渠防滲加固改造的同時(shí)，推行溝渠生態(tài)化工程技術(shù)處理。以下是根據(jù)湖南省灌區(qū)灌排溝渠的特點(diǎn)提出的幾種生態(tài)化技術(shù)設(shè)計(jì)方案。

（1）植生型防滲砌塊襯砌設(shè)計(jì)。對(duì)于地質(zhì)條件相對(duì)比較差的地段，為確保灌溉水高效利用，灌溉輸水渠道必須考慮進(jìn)行防滲，傳統(tǒng)”三面光”混凝土襯砌渠道滿足了防滲要求，但無(wú)法為水生生物創(chuàng)造生存、生長(zhǎng)環(huán)境。在這種情況下，既要達(dá)到防滲目的，又要結(jié)合創(chuàng)造適宜水生生物的生長(zhǎng)環(huán)境，維持渠道內(nèi)生態(tài)的完整性以及保持一定的自凈能力。經(jīng)綜合因素考慮，采取植生型防滲砌塊襯砌渠道這一方案可行。植生型防滲砌塊結(jié)構(gòu)是下部為方形混凝土防滲板，其前部下端有一凸塊，后部下端有一凹槽，混凝土防滲板上為“＃”形無(wú)砂混凝土隔板，形成植物種植區(qū)。優(yōu)點(diǎn)：能有效地防止灌溉水滲漏，保障了渠道正常的輸水。在砌塊內(nèi)種植植物，使渠道內(nèi)與渠坡的生態(tài)群落得到了一定的恢復(fù)，生物多樣性得到了提高。一方面，水生植物可以吸收水體中的氮、磷等營(yíng)養(yǎng)物質(zhì)，達(dá)到去除水體污染物質(zhì)的目的；另一方面，水生植物表面還可形成生物膜，利用生物膜的吸附及同化、異化作用凈化水體。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖2。

圖2 植生型防滲砌塊設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖

（2）混凝土襯砌渠道生態(tài)帶設(shè)計(jì)。對(duì)于地質(zhì)條件比較差的地段，在對(duì)其進(jìn)行混凝土防滲襯砌的情況下，宜適當(dāng)對(duì)混凝土襯砌的渠道采取生態(tài)處理。如每隔一定距離專門設(shè)置一橫向植草生態(tài)帶與渠堤頂部縱向植被相連接，開辟渠內(nèi)與外界相連的生態(tài)通道；在不影響水面線銜接的情況下，在渠道的適當(dāng)位置拓寬渠道斷面，利用木條、石頭等材料人工設(shè)置魚巢；渠內(nèi)坡安全超高線以上位置進(jìn)行人工植草，不可全斷面進(jìn)行混凝土防滲襯砌等。

（3）生物磚排水溝生態(tài)設(shè)計(jì)。生物磚砌筑排水溝技術(shù)既具有施工方便、造價(jià)相對(duì)較低，結(jié)構(gòu)相對(duì)穩(wěn)定等特點(diǎn)，又有利于自然生態(tài)的恢復(fù)，在需要防滲地段可結(jié)合土工布（膜）進(jìn)行防滲處理。主要設(shè)計(jì)技術(shù)方案為：渠底、渠壁采用M7.5水泥砂漿砌筑生態(tài)磚，在渠壁種植孔種植黑麥草或青菜，渠底種植孔種植水芹，這樣可有效吸附、降解和緩沖農(nóng)田中排出的氮、磷等流入河湖，盡量降低河湖水體富營(yíng)養(yǎng)化程度，凈化水質(zhì)。設(shè)計(jì)簡(jiǎn)圖如圖3。

圖3 M7.5水泥砂漿生態(tài)磚砌筑排水溝設(shè)計(jì)

4 結(jié)語(yǔ)

目前，湖南省灌區(qū)溝渠生態(tài)化建設(shè)還在探索階段，尚未形成一套完整的基本理論體系，也沒(méi)有成熟的、可靠的經(jīng)驗(yàn)以供參考，很多問(wèn)題需要作進(jìn)一步的深入研究。隨著新技術(shù)、新材料的推廣與應(yīng)用，溝渠生態(tài)化工程處理技術(shù)也在不斷更新與提高，具體情況具體對(duì)待，因地制宜地選擇適宜的生態(tài)化處理方案。同時(shí)，對(duì)于這一全新課題，應(yīng)根據(jù)省內(nèi)灌區(qū)的實(shí)際情況，選取試點(diǎn)灌區(qū)，積極開展溝渠生態(tài)化項(xiàng)目的試點(diǎn)工作。